Análise das forças atuantes num emissário submarino utilizando um tanque de ondas numérico RANS-VoF

Abstract

O conhecimento das forças devido à ação das ondas que atuam nos emissários submarinos compostos por uma conduta e anéis de estabilização de betão, para agitação com direção de propagação próxima da direção do emissário, é essencial para o seu dimensionamento. Esta é uma configuração complexa, para a qual a modelação numérica, utilizando modelos 3D de tipo RANS-VoF (Reynolds-Average-Navier-Stokes Volume-of-Fluid), é especialmente adequada para obter uma estimativa das forças na conduta e nos anéis. O presente estudo consiste na simulação de um emissário submarino com anéis de estabilização à escala 1:15 que foi ensaiado num tanque de ondas tridimensional, nas instalações do Danish Hydraulics Institute (DHI), para estudar a influência da direção da agitação incidente e da distância da conduta ao fundo nas forças que atuam no emissário. Foram realizados ensaios sem e com anéis (2 tipos de anéis), para diferentes condições de agitação e direções de agitação incidente (90º, i.e., perpendicular à conduta, 30º e 10º) e para três distâncias da conduta ao fundo (0.0, 0.020 e 0.033m). Os resultados numéricos são comparados aos experimentais para agitação com direcção de propagação perpendicular ao emissário, para 3 alturas de onda incidente. Verificou-se que o modelo de turbulência k- SST permite obter valores da forças de arrasto e de sustentação em boa concordância com os valores das forças medidas nos ensaios em modelo físico. A força de arrasto é globalmente sobrestimada, com uma diferença media de 11% comparando com o experimental. A força de sustentação é bem estimada e apresenta uma diferença de apenas 5%.